PIC單片機在電容測量模塊中的應用

3 系統硬件連接
本測量電路需要控制器件來控制數據的讀取和寫入，選用結構簡單，功能強大，并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874單片機。由于PS02l的外圍接口是SPI，因此單片機能很好的控制PS02l工作，同時測量數據可以通過USART串行接口送入到上位機中。單片機的連接如圖2所示，PS02l的連接圖如圖3所示。

4 系統軟件功能的實現
基于PS021設計的應用軟件包括檢測、控制、數據處理、數據庫管理和系統界面等程序。在程序運行速度和存儲容量許可的條件下，盡量用軟件實現傳統儀器系統的硬件功能，簡化硬件配置。此外，界面是測試系統和虛擬儀器的“窗口”，是系統顯示功能信息的主要途徑。軟件設計不僅要實現功能，而且要界面美觀。在確定測試系統的硬件平臺后，關鍵是選擇合適的軟件開發工具編寫相應的應用軟件。以圖形化編程語言開發該測試模塊。該開發環境能提供一個集成的開發環境，與儀器硬件連接方便，具有良好的用戶界面。根據上位機應用程序設計的原理，得到測試系統的軟件，通過在軟件的主界面設置一些參數，硬件電路和上位機相連，就能顯示測量結果。測量結果在數據顯示界面顯示，如圖4所示。

5 試驗與結果
運用上述軟件測量。在測量之前，必須對測量系統進行標定，標定時PS02l要求參考電容Cref與被測電容Cmeas在同一電容值范圍，即確保Cmeas／Cref比率不會超過25％(PS02l的極限值)。參考電容是一個非常重要的部分，對于測量的質量以及測量的溫度穩定性有直接的影響。推薦的電容材料：CFCAP(太陽誘電Taiyo Yuden公司的多層陶瓷電容)系列，COG或者NPO陶瓷電容。放電電阻Rdis與放電時間密切相關，放電時間τ=0．7R(C+20 pF)，時間常數τ范圍為2～10μs(推薦5μs)。根據公式計算之放電電阻阻值。
試驗中，分別選取1、2、3、5.1、6.8、8.2、9.1、12、13、15、16.5、18 pF的固定電容作為被測電容。根據被測電容的范圍確定參考電容的大小，然后根據被測電容和參考電容值，并結合放電時間來確定放電電阻阻值，最后選擇適當的測量模式進行測量。在標定好的系統下，在參考端和被測端分別接一只參考電容，此時在數據顯示界面顯示的值為參考電容值以及寄生電容值的和(圖3中Sensor l顯示的數據)；然后在被測端參考電容的基礎上再并聯被測電容，此時測得的數據為被測電容值、參考電容值以及寄生電容值的總和，以上兩步所測值相減就是被測的電容值，最后得到的被測電容值統計如表l所示。

表1反映了被測電容測量值和標稱值之間的相對誤差，同時也得知被測電容電容值越大，測量值和標稱值相對誤差越小。由于被測電容受到環境溫度、焊錫量多少以及被測電容質量等因素的影響，存在一定的誤差。通過多次測量進行平均，以獲取更穩定的電容值。在標定好的系統下，對固定電容進行測量來驗證測量模塊的精確度，測量值和標稱值非常接近，可認為被測電容標稱值誤差較小，進一步得知電容測量模塊測量精度較高。

6 結束語
PlCl6LF874單片機能夠很好的控制電容測量模塊，對研究電容式傳感器有很好的促進作用，該單片機簡化了電路設計，使測量結果達到較高的精度；同時這種測量模塊可以減小電路板的體積，從而減小整個裝置的體積；大大簡化了電路設計過程、降低產品的開發難度、對加速產品的研制、降低生產成本具有非常重要的意義。實驗結果證明，此測量模塊具有較好的實用性。